人工心脏吻合口位置和面积的变化对血栓在主动脉内运动规律的数值模拟研究

发布时间：2017-10-23 16:10

  本文关键词：人工心脏吻合口位置和面积的变化对血栓在主动脉内运动规律的数值模拟研究

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【摘要】：人工心脏在终末期心衰治疗中有着重要的作用,而血栓是人工心脏的严重并发症。传统研究主要聚焦在抗凝效果和优化血泵设计等方面,但血栓导致的并发症如卒中依然偏高,因而优化主动脉内的血流动力学状态成为改善血栓并发症的突破口。前期研究认同人工心脏流出管道的位置与吻合口面积是改变主动脉血流特性的重要参数,而它们对于血栓在主动脉内运动规律的影响尚不明确。本文的研究目标是从吻合口位置和面积两个方面阐述其对血栓运动的影响规律,通过优化吻合口位置和面积降低卒中发生的概率。针对上述问题,论文开展两个方面的研究。第一,通过三维重建技术和虚拟手术建模软件相结合获得吻合口位置不同模式的模型,采取离散相与有限元理论相结合的方法,对吻合口位置模式下的模型进行血流动力学分析,通过分析血流动力学参数,人工心脏和心腔内产生的血栓进入血液循环后在主动脉内的分布情况,探讨优化主动脉内的血流状态对血栓分布的影响。第二,基于三维重建和辅助软件获得吻合口面积系列模型,采用将血栓设置为离散相,血液设置为连续相的数值模拟方法,研究吻合口面积对血栓在主动脉内运动规律的影响。对不同来源血栓的分布情况进行统计分析,探讨吻合口面积的变化对血栓在主动脉内运动规律的影响,本论文的研究结果如下。第一,吻合口位置位于前壁,介于前壁和侧壁之间,以及侧壁时,血栓进入脑部的概率分别为23.6%、33.8%、36.7%。三种吻合口位置下,人工心脏产生的血栓进入脑部的概率分别为11.59%、6%、45.36%。三种吻合口位置下,心腔内产生的血栓进入脑部的概率分别为25.6%、38%、34.75%。第二,随着吻合口面积逐渐增大,血栓进入脑部的概率分别为24.6%、23.6%、28.65%和31.42%。四种吻合口面积下,人工心脏产生的血栓进入脑部的概率分别为8.5%、11.6%、27.36%和43.24%。四种吻合口面积下,心腔内产生的血栓进入脑部的概率分别为27.19%、25.59%、28.86%和30.69%。第三,吻合口的下游一直存在顺时针旋转的涡流,心脏舒张期与收缩期相比,涡流位置下降。在不同吻合口模式下,涡流位置越靠近头臂干动脉,则血栓进入头臂干血管的概率增大,且随着吻合位置的变化,主动脉弓区域的涡流变化状况也有所差别,越靠近左锁骨下动脉,通过左锁骨下动脉进入脑部的概率越大。结果表明:当吻合口位置位于主动脉的前壁时,血栓进入脑部的概率最低;吻合口面积与流出管道面积相同时,血栓进入脑部的概率最低;吻合口位置和面积的变化显著改变主动脉内的血流特性,影响血栓在主动脉内的运动规律。可以通过优化吻合口位置和面积,降低卒中发生的概率。
【关键词】：心力衰竭 人工心脏 血流动力学 血栓分布 脑卒中
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R541.6;R318.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状分析12-15
• 1.2.1 人工心脏的研究现状12-13
• 1.2.2 血栓与人工心脏13-14
• 1.2.3 人工心脏血流动力学研究14-15
• 1.3 本文研究内容15-18
• 第2章 人工心脏流出管道有限元模型的构建18-24
• 2.1 三维重建方法18-19
• 2.2 基于医学图像的三维重建19-23
• 2.2.1 几何模型的初步构建19-20
• 2.2.2 三维模型的平滑处理20-21
• 2.2.3 模型的切割处理和流出管道模型的构建21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 数值模拟计算方法24-28
• 3.1 数值模拟简介24
• 3.2 流体运动控制方程24-26
• 3.3 颗粒运动26-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第4章 吻合口位置对血栓在主动脉内运动规律的数值模拟研究28-42
• 4.1 研究方案28-33
• 4.1.1 吻合口位置模式下几何模型的构建28-29
• 4.1.2 有限元模型的建立29-30
• 4.1.3 离散相和材料属性设置30-31
• 4.1.4 施加边界条件31-32
• 4.1.5 血流动力学分析32-33
• 4.2 结果分析33-39
• 4.3 本章小结39-42
• 第5章 吻合口面积对血栓在主动脉内运动规律的血流动力学分析42-52
• 5.1 研究方案42-44
• 5.1.1 吻合口面积变化的几何模型42-43
• 5.1.2 材料属性设置和边界条件的施加43-44
• 5.2 计算结果分析44-50
• 5.3 本章小结50-52
• 结论与展望52-54
• 参考文献54-60
• 攻读硕士期间所发表的学术论文60-62
• 致谢62

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本文编号：1084226